KR20110008402A - 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법 - Google Patents

비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 다수의 비전센서를 포함하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법은, 터널 내부면의 형상정보를 통해 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면 전체의 각 영역을 지향하면서, 상기 지향방향이 상기 터널 내부면과 수선을 형성하도록 상기 각 비전센서의 위치 및 지향방향을 제어하는 단계; 상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캔하여 상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면 각 영역에 대응하는 다수의 이미지를 획득하는 단계; 상기 다수의 이미지를 접합하여 상기 터널 내부면에 대응하는 하나의 접합 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 상기 접합 이미지를 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터와 비교하여, 상기 접합 이미지로부터 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계를 포함한다.
터널, 표면검사, 비전센서, 균열, 결함, 손상

Description

비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법{METHOD OF INSPECTING TUNNEL INNER PART DAMAGE BY VISION SENSOR SYSTEM}
본 발명은 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 CCD나 CMOS 등의 구역(area) 촬상소자가 탑재된 다수의 비전센서를 통해 획득하는 터널 내부면의 각 영역에 대한 이미지를 터널 형상에 맞게 배열하여 하나의 초고해상도 이미지로 접합하고, 상기 접합된 이미지에 이미지 머징(Image Merging) 기술과 그레이 레벨(Gray-Level)을 통한 균열 폭 측정기술을 적용하여, 터널 내부의 주요결함요소인 균열 폭을 보다 정확하게 측정할 수 있는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법에 관한 것이다.
터널과 같이 대 단면이고 연장길이가 긴 구조물을 기존의 육안에 의한 외관조사방법으로는 조사시간이 오래 걸리고 객관적인 조사가 어렵다. 또한, 막대한 비용예산이 요구되며, 도로터널에서의 경우는 조사를 위한 교통통제가 필요하며, 이에 따른 교통정체현상과 그 영향으로 주변 공기환경 악화, 경제적 손실 등의 문제를 초래하게 된다. 그래서 조사방법의 자동화, 정확성, 신속성이 필요하게 되었고 근래에 와서 레이저, 라인스캔카메라 등을 이용한 외관조사기법과 시스템들이 개발되어 점진적으로 사용되고 있다. 이중에서도 라인스캔카메라를 이용하여 얻어낸 이미지를 통해 외관 상태를 조사하는 방법은 레이저 방식보다 구축비용 대비 성능(분해 능), 빠른 조사시간 등의 장점에서 다른 시스템들보다 우수하여 선호하고 있는 추세이다.
터널과 같이 단면이 크고 그 연장길이가 긴 구조물을 비전센서를 이용한 영상처리방법으로 미세한 균열과 같은 결함을 정량적으로 측정하기 위해서는 표면을 스캔한 이미지에서 매우 많은 화소수를 요구한다. 왜냐하면 일반적으로 이러한 영상처리 알고리즘은 취득한 이미지에서 균열영역 내의 픽셀수로 폭과 길이를 계산하기 때문이다. 그래서 1m*1m의 표면을 검사하는데 0.1mm이하의 폭을 가진 균열을 조사하기 위해서는 1m*1m 영역을 나타내는 이미지 해상도가 최소 1억 픽셀 이상이 요구된다. 이러한 알고리즘 특징 때문에 고해상도 카메라가 요구되었고 라인스캔카메라를 다수 개를 이용하여 터널조사시스템이 개발되었다.
라인스캔카메라를 이용한 시스템은 복사기나 스캐너에 장착되는 라인센서를 이용하며, 그 원리는 비슷하다. 여기서 라인센서는 1라인으로 포토다이오드가 배열된 구조를 의미하며, 이러한 특징으로 인해 센서 1라인의 화소수를 크게 할 수 있으므로 고해상도가 요구되는 팩시밀리, 복사기, 스캐너, 라인스캔카메라 등에 사용된다.
그러나, 이러한 종래기술에 따르면, 도로터널이나 지하철과 같은 현장에서 사용할 때 진동과 구조물 단면특성으로 인한 안정된 이미지를 얻기가 힘들다는 문제점이 있다. 즉, 시스템의 특징상 상기 시스템은 이동거리와 카메라의 프레임 레 이트(frame rate)가 연동되어 있어 이동속도에 따라 카메라의 영상취득주기가 변할 수 잇는데, 일반적으로 복사기처럼 속도가 일정하고 타깃이 편평한 요건이라면 문제가 없지만 터널이나 지하철은 많은 진동요소와 단면변화, 괘도의 곡선구역 등으로 인해 영상 프레임의 passed 현상 등 많은 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 픽셀 수에 의한 측정방식으로 인해 요구되는 픽셀 수가 많아 그에 따른 시스템 구축비용이 많이 들고, 데이터 용량이 커서 영상처리 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, CCD나 CMOS 등의 구역(area) 촬상소자가 탑재된 다수의 비전센서를 통해 획득하는 터널 내부면의 각 영역에 대한 이미지를 터널 형상에 맞게 배열하여 하나의 초고해상도 이미지로 접합하고, 상기 접합된 이미지에 이미지 머징(Image Merging) 기술과 그레이 레벨(Gray-Level)을 통한 균열 폭 측정기술을 적용하여, 터널 내부의 주요결함요소인 균열 폭을 보다 정확하게 측정할 수 있는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 다수의 비전센서를 포함하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법은, 터널 내부면의 형상정보를 통해 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면 전체의 각 영역을 지향하면서, 상기 지향방향이 상기 터널 내부면과 수선을 형성하도록 상기 각 비전센서의 위치 및 지향방향을 제어하는 단계; 상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캔하여 상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면 각 영역에 대응하는 다수의 이미지를 획득하는 단계; 상기 다수의 이미지를 접합하여 상기 터널 내부면에 대응하는 하나의 접합 이미지를 생성하는 단계; 및 상기 생성한 상기 접합 이미지를 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터와 비교하여, 상기 접합 이미지로부터 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하 는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서, 상기 터널 내부면의 형상정보를 통해 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면 전체의 각 영역을 지향하면서, 상기 지향방향이 상기 터널 내부면과 수선을 형성하도록 상기 각 비전센서의 위치 및 지향방향을 제어하는 단계는, 상기 터널 내부면에 대하여 연속적으로 360도 회전하는 회전식 레이저 거리측정장치를 통해 터널 내부면과의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 통해 상기 터널 내부면에 대한 형상정보를 생성하는 단계; 상기 터널 내부면에 대한 형상정보를 통해 선정된 레일(rail) 상에 위치하는 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면의 각 영역을 지향하도록 상기 비전센서의 위치를 제어하는 단계; 및 상기 각 비전센서의 지향방향이 상기 터널 내부면의 각 영역과 수선을 형성하도록 상기 비전센서의 지향방향을 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서, 상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캔하여 상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면 각 영역에 대응하는 다수의 이미지를 획득하는 단계는, 상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면의 각 영역의 조도를 측정하는 단계; 상기 측정한 각 영역의 조도차를 산출하고, 상기 산출된 상기 각 영역의 조도차를 통해 상기 각 영역의 조도가 균등하도록 상기 각 영역으로 발광되는 LED 광원의 세기를 제어하는 단계; 상기 비전센서 시스템이 탑재된 차량이 등속으로 주행하도록 제어하는 단계; 상기 차량의 등속 주행 중, 상기 터널 내부면과의 거리를 지속적으로 측정하여 상기 터널 내부면과 상기 비전센서 시스템과의 거리가 일정수준을 유지하도록 상기 차량의 조향장치를 제어하는 단계; 및 상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캐닝하여 상기 터널 내부면의 상기 각 영역에 대응하는 이미지를 획득하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서, 상기 다수의 이미지를 접합하여 상기 터널 내부면에 대응하는 하나의 접합 이미지를 생성하는 단계는, 상기 각 비전센서를 통해 획득하는 상기 각 이미지에 대응하는 상기 터널 내부면의 각 영역으로 레이저를 조사하는 단계; 상기 레이저 조사를 통해 상기 각 이미지의 레이저 포인트 및 레이저 라인을 생성하는 단계; 상기 각 이미지 간의 레이저 포인트 및 레이저 라인의 중첩을 통해 상기 각 이미지의 왜곡을 보정하는 단계; 및 상기 각 이미지 간의 레이저 포인트 및 레이저 라인의 중첩을 통해 상기 각 이미지를 하나의 접합 이미지로 접합하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서, 상기 생성한 상기 접합 이미지를 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터와 비교하여, 상기 접합 이미지로부터 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계는, 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터를 유지하는 단계; 상기 접합 이미지를 8비트의 그레이 스케일(gray-scale) 이미지로 변환하는 단계; 상기 그레이 스케일 이미지를 통해 사용자로부터 상기 터널 내부면의 균열영역에 대한 선택을 입력받는 단계; 상기 균열영역의 픽셀 그레이 레 벨(pixel gray-level)을 상기 균열 캘리브레이션 데이터의 픽셀 그레이 레벨과 비교하여 상기 균열영역의 폭을 산출하는 단계; 상기 그레이 스케일 이미지에 대한 상기 균열영역의 좌표를 상기 균열 캘리브레이션 데이터의 해당좌표와 비교하여 상기 균열영역의 길이를 산출하는 단계; 및 상기 산출한 상기 균열영역의 폭 및 상기 균열영역의 길이를 통해 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서, 상기 그레이 스케일 이미지를 통해 사용자로부터 상기 터널 내부면의 균열영역에 대한 선택을 입력받는 단계는, 상기 그레이 스케일 이미지를 선정된 디스플레이 장치를 통해 상기 사용자에게 디스플레이 하는 단계; 상기 그레이 스케일 이미지의 영역중 상기 균열영역의 모양 및 크기의 드래그를 통해 상기 균열영역의 선택 입력이 가능한 마우스 포인터를 상기 사용자에게 디스플레이 하는 단계; 및 상기 사용자로부터 상기 마우스 포인터를 통해 상기 균열영역의 선택을 입력받는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서, 상기 산출한 상기 균열영역의 폭 및 상기 균열영역의 길이를 통해 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계는, 하나 이상의 균열영역 폭 값 각각에 대응하는 색상정보가 기록된 색상정보 테이블을 유지하는 단계; 및 상기 산출한 상기 균열영역 각각의 폭에 대응하는 색상정보가 상기 그레이 스케일 이미지의 상기 균열영역에 각각 디스플레이 되도록 제어하는 단계를 포함한다.
본 발명의 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법에 따르면, CCD나 CMOS 등의 촬상소자를 포함하는 다수의 에이리어 비전센서(Area Vision Sensor) 를 통해 각 비전센서마다 1m 이하의 2차원 직사각형으로 구현되는 터널 내부면의 각 영역에 대한 이미지를 1초당 30프레임 이상으로 연속 취득함으로써, 각 프레임 이미지마다 중첩성이 70% 이상으로 구현되므로, 진동이나 구조물의 단면특성 등 환경특성에 대한 영향을 최소화하여 터널 내부면 손상검사를 위한 이미지를 보다 안정적으로 획득할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법에 따르면, 0.1mm의 균열 폭을 측정하기 위한 1m*1m의 영역에 대한 이미지의 해상도가 종래기술 대비 1/10인 천만 픽셀만이 요구되므로, 종래기술에 비해 이미지 데이터의 용량과 데이터 처리시간을 최소화하여 시스템의 안정성을 도모할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법에 따르면, 사각형의 티타늄 패널에 길이의 식별을 위한 밀리미터 단위의 눈금자 및 0.1mm 내지 0.9mm 폭의 홈 패턴이 정밀 가공되어 있는 캘리브레이션 패널에 대한 이미지의 픽셀 그레이 레벨과, 상기 터널 내부면으로부터 획득한 이미지의 픽셀 그레이 레벨을 비교하여 상기 터널 내부면의 균열 폭과 길이를 산출함으로써, 보다 신뢰성 높은 균열검사를 보장할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템이 탑재되는 터널표면 손상검사 차량의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은 터널표면 손상검사 차량에 탑재될 수 있다. 상기 터널표면 손상검사 차량은 회전식 거리측정장치(Rotary Laser Rangefinder)(1), 비전센서 시스템 자동 위치제어 장치(VisionSensor System Auto Position control System)(2), 비전센서 시스템(VisionSensor System)(3), 비전센서 이미지 데이터 저장장치(VisionSensor Image data Storage System)(4), LED(5), 라인 레이저(Line Laser)(6), LED 조도 제어장치(LED Illuminance Control System)(7), 거리측정장치(Rangefinder)(8), 자동조향장치(Auto Steering System)(9), 크루즈 제어장치(Cruise Control System)(10), 비전센서 및 LED 모니터링 제어장치(VisionSensor & LED and Monitoring system Total Integrated Control)(11), 및 원거리 조도측정기(Apparatus for Measuring Illuminance)(12)를 포함한다.
회전식 거리측정장치 (1)는 터널 내부면에 대하여 연속적으로 360도 회전하여 터널 내부면과의 거리 데이터를 측정하고, 상기 측정한 거리 데이터를 비전센서 시스템 자동 위치제어 장치(2)로 전송한다. 비전센서 시스템 자동 위치제어 장치(2)는 상기 거리 데이터를 통해 상기 터널 내부면의 형상에 대한 형상정보를 생성한다. 비전센서 시스템 자동 위치제어 장치(2)는 비전센서 시스템(3)의 비전센서 및 위치제어데이터 커넥터(14)를 통해 16개의 위치제어장치(16)을 제어한다. 이는 도 2를 통해 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템(3)은 16개의 비전센서(20)를 포함하고, 각 비전센서(20)는 16개의 위치제어장치(Position control device)(16) 각각에 포함될 수 있다. 위치제어장치(16)는 다이오드 레이저(Diode Laser)(17), 패닝 제어장치(Panning control Device)(18), 및 비전센서(20)를 포함한다. 비전센서(20)는 렌즈, CCD/CMOS 카메라, 프레임 그래버(Frame Grabber), 및 하드디스크(Hard Disk)를 포함한다.
16개의 위치제어장치(Position control device)(16)는 레일(15) 상에 위치할 수 있고, 앵글 인코더(Angle Encoder)(13) 및 비전센서 및 위치제어데이터 커넥터(VisionSensor & Position Control Data Connector)(14)로부터 위치를 제어받을 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 비전센서 시스템 자동 위치제어 장치(2)는 상기 형상정보를 통해 위치제어장치(16)를 레일(15)의 궤도 내에서 이동시켜 위치제어장치(16)가 각각 최적의 위치로 이동하도록 제어할 수 있다. 이 때, 각 위치제어장치(16)의 레일(15) 궤도 상에서의 지향방향에 대한 각도는 앵글 인코더(13)를 통해 측정될 수 있고, 비전센서 및 위치제어데이터 커넥터(14)를 통해 다시 비전센서 검사시스템 자동위치 제어장치 (2)로 전송될 수 있다. 이러한 과정을 통해 각 위치제어장치(16)의 위치가 각각 설정될 수 있다.
이와 같이, 위치제어장치(16) 각각의 위치가 설정되면, 패닝 제어장치(18)는 비전센서(20)의 자세를 제어한다. 즉, 패닝 제어장치(18)는 각 비전센서(20)의 지향방향이 터널 내부면과 수선을 형성하도록, 비전센서(20)를 회전시켜 지향방향을 제어할 수 있다. 패닝 제어장치(18)는 이후 다이오드 레이저(17)의 위치 및 비전센서(20)의 줌을 제어하여, 도 11 및 도 14에 도시된 바와 같이 비전센서(20)가 획득하는 터널 내부면 이미지에 대한 화각이 설정되도록 할 수 있다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 16개의 각 비전센서들이 터널표면 영상데이터를 획득하는 구역의 위치 및 영상취득원리를 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 다수개의 비전센서를 통해 영상을 획득하는 방법을 도시한 도면이다.
원거리 조도측정기(12)는 레일(15)을 따라 회전하면서 터널 내부면 각 영역의 조도를 측정한다. 원거리 조도측정기(12)는 상기 측정한 조도 데이터를 LED 조도 제어장치(7)로 전송한다. LED 조도 제어장치(7)는 상기 조도 데이터를 통해 LED(5)의 조도를 제어하여, 비전센서(20)가 이미지를 획득하는 상기 터널 내부면 각 영역에 대한 조도가 균일하도록 제어할 수있다.
라인 레이저(6)는 총 4개소에 장착되어 270각도로 터널면을 따라 2개의 레이저라인을 생성할 수 있다. 라인 레이저(6)의 기능은 16개의 비전센서(20)의 촬영화각 동일화를 위한 기준으로 사용될 수 있고, 획득한 이미지의 왜곡보정과 접합처리를 위해 사용될 수 있다.
상술한 방법으로 시스템의 초기화 및 터널 내부면 손상검사를 위한 세팅이 완료되는 경우, 상기 차량이 터널 내 주행을 위하여 전진하기 전에 캘리브레이션 패널을 벽면에 위치시키고, 상기 캘리브레이션 패널을 스캐닝하여 상기 캘리브레이션 패널에 대한 이미지를 획득할 수 있다. 상기 캘리브레이션 패널은 도 8을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 균열측정방법에 필요한 캘리브레이션 패널을 도시한 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 캘리브레이션 패널은 사각형의 두께 5mm의 티타늄 패널(47)로 구현될 수 있다. 티타늄 패널(47)의 가장자리에는 균열의 길이를 식별할 수 있도록 밀리미터(mm) 단위 눈금자(48)가 도시될 수 있고, 티타늄 패널(47)의 가운데에는 하나 이상의의 홈 패턴(49)이 형성될 수 있다. 상기 하나 이상의 홈 패턴은 각각 서로 다른 폭 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 홈 패턴은 0.1mm의 폭으로 형성될 수 있고, 제2 홈 패턴은 0.2mm의 폭으로 형성될 수 있으며, 제3 홈 패턴은 0.3mm의 폭으로 형성될 수 있고, 제4 홈 패턴은 0.4mm의 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 제5 홈 패턴은 0.5mm의 폭으로 형성될 수 있고, 제6 홈 패턴은 0.6mm의 폭으로 형성될 수 있으며, 제7 홈 패턴은 0.7mm의 폭으로 형성될 수 있고, 제8 홈 패턴은 0.8mm의 폭으로 형성될 수 있으며, 제9 홈 패턴은 0.9mm의 폭으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 캘리브레이션 패널에 대한 이미지가 획득되면, 상기 차량은 상기 터널 내부를 주행하고, 비전센서 시스템(3)은 터널 내부면으로부터 이미지데이터를 일정한 프레임레이트(frame-rate)로 획득하여 비전센서 이미지 데이터 저장장치 (4)에 저장한다. 크루즈 제어장치(10)는 비전센서 시스템(3)이 상기 터널 내부면의 이미지를 획득하는 동안, 상기 차량이 등속운동을 하도록 상기 차량의 속도를 제어한다. 또한, 거리측정장치(8)는 터널 내부면과의 거리를 지속적으로 측정하여 자동조향장치(9)에 측정데이터를 전달하고, 자동조향장치(9)는 비전센서 시스템(3)이 상기 터널 내부면의 이미지를 획득하는 동안, 상기 차량과 상기 터널 내부면과의 거리가 일정한 수준으로 유지되도록 상기 차량의 조향장치를 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템이 탑재된 터널표면 손상검사 차량의 투시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 비전센서 시스템(30)이 탑재된 차량이 터널로 진입하여 정속으로 주행하고, LED 조명장치(5)가 터널 내부면(46)에 빛을 조사하여 터널 내부면(46)의 각 영역에 대한 조도가 일정하게 유지되도록 하고, 캘리브레이션 패널에 대한 이미지를 먼저 획득한 후, 비전센서(20)는 터널 내부면(46)의 각 영역에 대한 이미지를 획득하여 본 발명에 따른 터널 내부면 손상검사를 위한 터널 내부면(46)의 이미지 획득 과정이 수행될 수 있다.
이 후, 비전센서 시스템(3)은 다수의 비전센서를 통해 획득한 다수의 이미지를 하나의 접합 이미지로 접합한 후, 상기 접합 이미지의 픽셀 그레이 레벨을 상기 캘리브레이션 패널 이미지의 픽셀 그레이 레벨과 비교하여 상기 접합 이미지에 대한 상기 터널 내부면의 균열 폭과 길이를 산출하고, 이를 통해 상기 균열 폭과 길이가 상기 접합 이미지에 보다 쉽고 정확하게 식별할 수 있도록 디스플레이되는 터널 내부면 손상정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 이에 대해서는 도 3 내지 도 23을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널표면 손상검사 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은, 터널 내부면에 대한 형상을 측정하여 형상정보를 생성한다(단계(21)). 즉, 상기 비전센서 시스템은 상기 터널 내부면에 대하여 연속적으로 360도 회전하는 회전식 레이저 거리측정장치를 통해 터널 내부면과의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 통해 상기 터널 내부면에 대한 형상정보를 생성할 수 있다.
상기 비전센서 시스템은 상기 터널 내부면에 대한 형상정보를 통해 레일(rail)에 위치하는 다수의 비전센서가 상기 터널 내부면의 각 영역을 지향하도록 상기 비전센서의 위치를 제어하고, 상기 각 비전센서의 지향방향이 상기 터널 내부면의 각 영역과 수선을 형성하도록 상기 비전센서의 지향방향을 제어하며, 상기 각 비전센서를 통해 상기 각 비전센서의 지향방향에 대응하는 터널 내부면 각 영역에 대한 이미지를 획득한다(단계(22)).
상기 비전센서 시스템은 상기 각 비전센서를 통해 획득한 상기 다수의 이미지를 접합하여 상기 터널 내부면에 대응하는 하나의 접합 이미지를 생성한다(단계(23)).
상기 비전센서 시스템은 상기 생성한 상기 접합 이미지를 선정된(predetermined) 캘리브레이션 패널 이미지와 비교하여 상기 터널 내부면의 균열을 측정한다(단계(24)). 상기 비전센서 시스템은 상기 측정한 균열 데이터가 상기 접합 이미지 상에 쉽고 정확하게 식별될 수 있도록 디스플레이 된 손상정보를 생성하여 사용자에게 제공한다(단계(25)).
이하에서는 도 4를 참조하여 단계(21) 및 단계(22)를 상세히 설명하고, 도 5를 참조하여 단계(23)을 상세히 설명하며, 도 6을 참조하여 단계(24)를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널 내부면 이미지 획득방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은 터널 내부로 차량이 진입하는 경우(단계(26)), 터널 내부면의 형상을 측정한다(단계(27)). 상기 비전센서 시스템은 비전센서의 위치 및 자세를 자동제어하고(단계(28)), 검사영역의 균일조도를 설정한다(단계(29)). 상기 비전센서 시스템은 균열 캘리브레이션 패널 스캔을 수행하고(단계(30)), 터널 내부면의 스캔을 시작한다(단계(31)). 단계(31)에서, 상기 검사차량의 자동조향장치와 정속주행장치가 작동한다(단계(32)). 상기 비전센서 시스템은 상기 터널내부표면의 스캔에 따른 데이터를 획득하고(단계(33)), 스캔을 완료한다(단계(34)).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 취득한 영상데이터의 접합처리 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은 다수의 비전센서를 통해 터널 내부면 각 영역에 대응하는 다수의 이미지를 획득한다(단계(35)). 상기 비전센서 시스템은 상기 각 이지미를 왜곡보정처리한다(단계(36)). 상기 왜곡보정은 라인 레 이저(6)와 다이오드 레이저(17)를 통해 취득영상에 생성하는 레이저 라인(58) 및 레이저 포인트(59)를 통해 구현될 수 있다. 이는 도 15를 참조하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따라 비전센서를 통한 영상이미지에서 발생할 수 있는 왜곡현상을 라인레이저와 다이오드레이저를 이용하여 보정하는 방법을 도시한 도면이다.
도 15의 좌측에 위치하는 제1 이미지(68)은 Barrel distortion 현상을 나타내고, 제2 이미지(69)는 Pincushion distortion 현상을 나타내며, 제3 이미지(70) 및 제4 이미지(71)는 Trapezoid distortion 현상을 나타낸다. 또한, 우측에 위치하는 제5 이미지(72)는 제1 이미지(68) 내지 제4 이미지(71)가 왜곡보정처리를 통해 보정된 이미지를 나타낸다. 상기 왜곡보정처리는 도 13 및 도 14에 도시된 장치를 통해 구현될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 비전센서가 터널표면으로부터 영상을 획득하는데 있어 라인레이저와 다이오드 형 레이저를 이용한 영상획득방법의 원리를 도시한 도면이고, 도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 도 13과 동일한 원리로 다수개의 비전센서를 통해 영상을 획득하는 방법을 도시한 도면이다.
비전센서(20)가 중간에 위치하고, 비전센서(20) 양쪽으로 라인레이저(6)가 각각 위치할 수 있다. 위치제어장치(16)에 장착되는 다이오드레이저(17)를 통해 비전센서(20)가 이미지를 획득하는 터널 내부면(46)의 해당영역에 레이저를 주사하여, 2개의 레이저포인트(59)와 2개의 레이저라인(58)을 생성하여 상기 왜곡보정처리를 수행할 수 있다. 이러한 레이저포인트 및 레이저라인의 생성은 왜곡보정처리 뿐만 아니라, 각 비전센서가 취득하는 각 이미지 간의 접합처리에도 적용될 수 있다.
다시 도 5에서, 상기 비전센서 시스템은 상기 각 비전센서로부터 획득한 상기 각 이미지를 하나의 접합이미지로 접합한다(단계(37)). 상기 비전센서 시스템은 스캔 진행 이미지 프레임별 접합처리를 수행하여(단계(38), 최종 접합이미지를 획득할 수 있다(단계(39)).
즉, 상기 비전센서 시스템은 상기 각 비전센서를 통해 획득하는 상기 각 이미지에 대응하는 상기 터널 내부면의 각 영역으로 레이저를 조사하고, 상기 레이저 조사를 통해 상기 각 이미지의 레이저 포인트 및 레이저 라인을 생성하며, 상기 각 이미지 간의 레이저 포인트 및 레이저 라인의 중첩을 통해 상기 각 이미지의 왜곡을 보정하고, 상기 각 이미지 간의 레이저 포인트 및 레이저 라인의 중첩을 통해 상기 각 이미지를 하나의 접합 이미지로 접합할 수 있다.
상기 각 비전센서 이미지의 접합처리는 도 11 및 도 12에 도시되어 있다. 도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 16개의 각 비전센서들이 터널표면 영상데이터를 획득하는 구역의 위치 및 영상취득원리를 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 16개의 각 비전센서들이 터널표면 영상데이터 획득 구역의 위치로부터 획득하는 각 영상데이터의 접합처리 과정을 도시한 도면이다.
도 11에서, 제1 위치영역(47a), 제2 위치영역(48a), 제3 위치영역(49a), 제4 위치영역(50a), 제5 위치영역(51a), 및 제6 위치영역(52a)은 각 비전센서가 터널 내부면(46)으로부터 이미지를 획득하는 영역을 의미한다. 상기 각 위치영역으로부 터 각 비전센서가 획득한 이미지는 제1 이미지(47b), 제2 이미지(48b), 제3 이미지(49b), 제4 이미지(50b), 제5 이미지(51b), 및 제6 이미지(52b)로 구현될 수 있다.
각 이미지들은 서로 간에 레이저포인트(59)를 사이에 두고 겹쳐져 있는데, 이들을 각 이미지별로 분리해 보면, 제1 분리이미지(47c), 제2 분리이미지(48c), 제3 분리이미지(49c), 제4 분리이미지(50c), 제5 분리이미지(51c), 제6 분리이미지(52)로 구현될 수 있다. 상기 각 분리 이미지에는, 4개의 레이저포인트(59)와 2개의 레이저라인(58)을 각각 표시되고 있다.
상술한 바와 같이 도 13 및 도 14의 원리를 이용하여 이들 각 분리 이미지들의 레이저포인트(59)를 기준으로 중첩시키고 접합시키면 접합이미지(67)를 생성할 수 있다. 이러한 방법으로 각 비전센서(20) 간의 이미지를 접합시키고 동기화하여 하나의 초고해상도 비전센서 시스템(3)을 구현할 수 있다. 이와같이 동기화된 초고해상도 비전센서 시스템 기법으로 터널을 주행하면서 터널표면을 각 비전센서로부터 연속적으로 획득한 이미지 프레임들을 접합하면 최종의 터널 내부 전체를 스캔한 이미지가 구현될 수 있다. 이는 단계(38) 및 단계(39)에 해당되는데, 이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터널표면 손상검사 차량이 앞으로 진행하면서 비전센서 시스템을 통해 터널표면으로부터 영상을 획득하는 원리를 도시한 도면이다.
도 9에는 상기 터널 내부면 손상검사 차량이 터널 내를 진행하면서 각 비전 센서(20)를 통해 영상을 획득하는 원리가 도시되어 있는데, 16개의 비전센서(20) 중 6개의 비전센서(20)를 예로 들어 표현하고 있다.
제1 위치영역(47a), 제2 위치영역(48a), 제3 위치영역(49a), 제4 위치영역(50a), 제5 위치영역(51a), 및 제6 위치영역(52a)은 각 비전센서가 터널 내부면(46)으로부터 이미지를 획득하는 영역을 의미한다. 상기 각 위치영역은 차량의 주행에 따라 제6 위치영역(52a)이 제6-1 위치영역(53a), 제6-2 위치영역(54a), 제6-3 위치영역(55a), 제6-4 위치영역(56a), 및 제6-5 위치영역(57a)로 이동하면서 변화하는 패턴과 동일하게 변화할 수 있다.
비전센서(20)는 일정한 프레임레이트(frame-rate)(cf. 30frame/sec)에 의해 연속적으로 영상이미지를 획득하여 접합할 수 있는데, 이는 도 10에 도시되어 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 터널표면 손상검사 차량이 진행하면서 일정한 프레임레이트(frame rate)에 따라 얻어지는 영상데이터의 접합처리 원리를 도시한 도면이다.
도 10에서, 제6 이미지(52b), 제6-1 이미지(53b), 제6-2 이미지(54b), 제6-3 이미지(55b), 제6-4 이미지(56b), 제6-5 이미지(57b)는 비전센서가 제6 위치영역(52a)이 제6-1 위치영역(53a), 제6-2 위치영역(54a), 제6-3 위치영역(55a), 제6-4 위치영역(56a), 및 제6-5 위치영역(57a)로부터 각각 획득한 이미지이다.
상기 각 이미지들의 각 프레임별 변화치 영역은 도면부호 60, 도면부호 61, 도면부호 62, 도면부호 63, 도면부호 64, 도면부호 65와 같다. 상기 변화치를 산 출하는 방법은 각 프레임별 이미지의 형상비교로 구현될 수 있는데, 예를 들어 설명하면 제6 이미지(52b)와 다음프레임 이미지인 제6-1 이미지(53b)에서 변화치는 제6-1 이미지(53b)의 픽셀개수에서 제6 이미지(52b)의 픽셀개수를 빼면 변화치 픽셀 개수를 구할 수 있다. 상기 터널표면 손상검사 차량의 진행속도는 등속이므로, 상기 변화치를 모든 프레임 이미지에 적용해서 이미지 중심부에서 변화치 영역을 취득해서 접합하면 접합 이미지(66)를 얻을 수 있다.
이러한 방법으로 최종 접합이미지를 획득할 수 있고, 상기 최종 접합이미지는 도 16의 73과 같다. 도 16에 도시된 상기 최종 접합이미지는 본 발명을 이용한 실제 터널의 스캔이미지로 구현되어 있다. 상기 최종 접합이미지(73)은 24비트 컬러이미지이며 파일형식은 bmp, jpg 등으로 다양하게 구현될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은 최종 접합된 이미지에서 균열처리에 대한 영상처리 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은 RGB 최종접합 이미지를 획득하는 경우(단계(40)), 상기 최종접합 이미지의 그레이스케일을 변환한다(단계(41)). 상기 비전센서 시스템은 상기 최종접합 이미지에서 균열 부분만을 검출하기 위한 필터링을 수행한다(단계(42)). 상기 비전센서 시스템은 균열 캘리브레이션 데이터(xy좌표, 픽셀 그레이레벨)와의 비교분석을 통해(단계(43)), 상기 최종접합 이미지의 균열 폭(픽셀 그레이레벨) 및 균열 길이(xy좌표)를 산출한다(단계(44)). 상기 비전센서 시스템은 상기 산출한 상기 최종접합 이미지의 균열 폭(픽셀 그레이레벨) 및 균열 길이(xy좌표)를 통해 최종 균열데이터를 획득한다(단 계(45)).
즉, 상기 비전센서 시스템은, 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터를 유지하고, 상기 접합 이미지를 8비트의 그레이 스케일(gray-scale) 이미지로 변환한다. 상기 비전센서 시스템은, 상기 그레이 스케일 이미지를 통해 사용자로부터 상기 터널 내부면의 균열영역에 대한 선택을 입력받는 경우, 상기 균열영역의 픽셀 그레이 레벨(pixel gray-level)을 상기 균열 캘리브레이션 데이터의 픽셀 그레이 레벨과 비교하여 상기 균열영역의 폭을 산출한다.
상기 비전센서 시스템은 상기 그레이 스케일 이미지에 대한 상기 균열영역의 좌표를 상기 균열 캘리브레이션 데이터의 해당좌표와 비교하여 상기 균열영역의 길이를 산출하고, 상기 산출한 상기 균열영역의 폭 및 상기 균열영역의 길이를 통해 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성할 수 있다.
각 비전센서가 획득한 다수의 이미지를 접합한 최종 접합이미지(73)는 24비트 RGB컬러이미지로 구현될 수 있다. 상기 비전센서 시스템은 상기 24비트 RGB컬러이미지를 균열측정을 위하여 8비트 그레이스케일(GRAY-SCALE) 이미지로 변환할 수 있다. 즉, 픽셀의 색상정보를 단순화 하고 처리속도를 빠르게 하기 위하여, 상기와 같이 24비트 RGB컬러이미지를 8비트 그레이스케일(GRAY-SCALE)로 변환하여 균열측정을 수행할 수 있다.
단계(42)와 같이, 최종이미지(73)에서 균열 부분만을 검출하기 위한 필터링을 할 수 있는데, 그 원리는 다음과 같다. 최종이미지(73)를 부분적으로 확대하면 도 16의 확대이미지(74)와 같고, 균열부(76)는 구간별로 다양한 폭을 가질 수 있 다. 상기 비전센서 시스템은 디스플레이 수단을 통해 최종이미지(73) 및 확대이미지(74)를 디스플레이 할 수 있다.
사용자가 상기 디스플레이된 확대이미지(74)에서 균열부(76)를 따라 균열측정마우스포인터(77)로 드래그하면 균열표시 이미지(75)의 균열부(78)와 같이 각 균열부분의 폭에 따라 다양한 색상이 표시될 수 있다. 상기 색상은 도 17에 도시된 색상표에 따라 설정될 수 있다.
균열측정마우스포인터(77)는 상기 사용자가 균열부(76)의 길이와 폭을 지정하여 드래그 할 수 있도록, 영역의 모양과 크기를 조절할 수 있는 포인터로 구현될 수 있다. 상기 사용자가 균열측정마우스포인터(77)를 균열부(76)에 위치시키고 마우스를 클릭하는 경우, 상기 비전센서 시스템은 상기 마우스가 클리되는 영역에 대한 균열 폭을 산출하여 상기 산출되는 균열 폭에 대응하는 색상을 균열표시 이미지(75)의 균열부(78)와 같이 상기 영역에 표시할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따라 이미지 내의 균열부위에 0.1mm 내지 0.7mm의 폭 별로 다르게 표기되는 색상의 표를 도시한 도면이고, 도 18은 본 발명의 일실시예에 따라 균열 폭 처리 알고리즘 원리를 위해 콘크리트 표면 균열부위 원 화상을 그레이스케일로 변환한 이미지를 도시한 도면이며, 도 19는 본 발명의 일실시예에 따라 도 18의 그레이스케일로 변환한 이미지에 균열검출필터를 적용한 결과를 도시한 도면이다. 또한, 도 20은 본 발명의 일실시예에 따라 도 18의 히스토그램을 도시한 도면이고, 도 21은 본 발명의 일실시예에 따라 도 19의 히스토그램을 도시한 도면이다. 또한, 도 22는 본 발명의 일실시예에 따라 도 8의 터널현 장에서 터널표면을 검사하는 경우 표면에 위치시켜 비전센서로 획득한 이미지에 도 19와 같이 균열검출필터를 적용한 결과를 도시한 도면이다.
도 18에는 균열부(76) 및 비균열부(79)가 도시되어 있다. 균열부(76) 및 비균열부(79)를 히스토그램으로 구현하면 도 20과 구현될 수 있다. 도 20의 그래프에서 하단의 그레이레벨(Gray-level)값(81)을 보면, 125 내지 170 사이가 비균열부(80)를 의미하며 이는 픽셀수가 많이 분포된 영역임을 알 수 있다.
그레이레벨(Gray-level)값(81)의 비균열부(80) 영역 이상의 값을 모두 255로 치환하면, 도 21에서와 같이 균열부(82)만 표시되고 나머지 영역(83)은 그레이레벨(Gray-level)값(81)의 255값으로 분포하게 될 수 있다. 이를 이미지로 구현하면 도 19에서와 같이 균열부(76)만 표시되고, 나머지 배경은 백색의 255값으로 변경되어 표시될 수 있다.
이는 균열부(76)가 배경부보다 픽셀수와 그레이레벨(Gray-level)이 확연하게 차이나는 균열의 특성을 이용하여 구현될 수 있다. 이러한 방법으로 도 8에 도시된 바와 같이 캘리브레이션 패널을 균열검출필터링하면 도 22의 이미지를 획득할 수 있다.
단계(43) 및 단계(44)에서와 같이, 캘리브레이션 패널 이미지의 데이터와의 비교분석과 균열폭, 균열길이 산출 과정을 통해 상기 캘리브레이션 패널 이미지의 각 균열부 0.1mm~0.9mm의 픽셀 그레이레벨(Gray-level)값을 분류하여, 도 19의 균열부(76)의 각 픽셀 그레이레벨(Gray-level)값과 비교한 후, 도 16의 75와 같이 각 균열부의 픽셀에 표기할 수 있다. 균열의 길이는 도 22의 밀리미터(mm) 단위 눈 금(84)으로 비교하여 산출할 수 있다. 이러한 과정을 통해 단계(45)인 최종 균열데이터 획득과정을 완료하여 최종 터널표면 손상데이터가 완성될 수 있다.
본 발명에 따른 터널표면 손상검사 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템이 탑재되는 터널표면 손상검사 차량의 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널표면 손상검사 방법의 흐름을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 터널표면 영상데이터 획득방법의 흐름을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 취득한 영상데이터의 접합처리 방법의 흐름을 도시한 순서도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템은 최종 접합된 이미지에서 균열처리에 대한 영상처리 방법의 흐름을 도시한 순서도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템이 탑재된 터널표면 손상검사 차량의 투시도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 비전센서 시스템의 균열측정방법에 필요한 캘리브레이션 패널을 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 터널표면 손상검사 차량이 앞으로 진행하면서 비전센서 시스템을 통해 터널표면으로부터 영상을 획득하는 원리를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 터널표면 손상검사 차량이 진행하면서 일정한 프레임레이트(frame rate)에 따라 얻어지는 영상데이터의 접합처리 원리를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 16개의 각 비전센서들이 터널표면 영상데이터를 획득하는 구역의 위치 및 영상취득원리를 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따라 16개의 각 비전센서들이 터널표면 영상데이터 획득 구역의 위치로부터 획득하는 각 영상데이터의 접합처리 과정을 도시한 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따라 비전센서가 터널표면으로부터 영상을 획득하는데 있어 라인레이저와 다이오드 형 레이저를 이용한 영상획득방법의 원리를 도시한 도면.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따라 도 13과 동일한 원리로 다수개의 비전센서를 통해 영상을 획득하는 방법을 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따라 비전센서를 통한 영상이미지에서 발생할 수 있는 왜곡현상을 라인레이저와 다이오드레이저를 이용하여 보정하는 방법을 도시한 도면.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따라 도 10의 과정과 도 11의 과정을 거쳐 최종접합처리를 마친 이미지의 균열처리과정을 도시한 도면.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따라 이미지 내의 균열부위에 0.1mm 내지 0.7mm의 폭 별로 다르게 표기되는 색상의 표를 도시한 도면.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따라 균열 폭 처리 알고리즘 원리를 위해 콘 크리트 표면 균열부위 원 화상을 그레이스케일로 변환한 이미지를 도시한 도면.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따라 도 18의 그레이스케일로 변환한 이미지에 균열검출필터를 적용한 결과를 도시한 도면.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따라 도 18의 히스토그램을 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따라 도 19의 히스토그램을 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따라 도 8의 터널현장에서 터널표면을 검사하는 경우 표면에 위치시켜 비전센서로 획득한 이미지에 도 19와 같이 균열검출필터를 적용한 결과를 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따라 완성된 최종 터널표면 손상 데이터 이미지를 도시한 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
3: 비전센서 시스템(Vision Sensor System)
13: 앵글 인코더(Angle Encoder)
14: 비전센서 및 위치제어데이터 커넥터(VisionSensor & Position Control Data Connector)
15: 레일(Rail)
16: 위치제어장치(Position control device)
17: 다이오드 레이저(Diode Laser)
18: 패닝 제어장치(Panning control Device)
20: 비전센서(Vision Sensor)

Claims (8)

  1. 다수의 비전센서를 포함하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법에 있어서,
    터널 내부면의 형상정보를 통해 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면 전체의 각 영역을 지향하면서, 상기 지향방향이 상기 터널 내부면과 수선을 형성하도록 상기 각 비전센서의 위치 및 지향방향을 제어하는 단계;
    상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캔하여 상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면 각 영역에 대응하는 다수의 이미지를 획득하는 단계;
    상기 다수의 이미지를 접합하여 상기 터널 내부면에 대응하는 하나의 접합 이미지를 생성하는 단계; 및
    상기 생성한 상기 접합 이미지를 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터와 비교하여, 상기 접합 이미지로부터 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터널 내부면의 형상정보를 통해 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면 전체의 각 영역을 지향하면서, 상기 지향방향이 상기 터널 내부면과 수선을 형성하 도록 상기 각 비전센서의 위치 및 지향방향을 제어하는 단계는,
    상기 터널 내부면에 대하여 연속적으로 360도 회전하는 회전식 레이저 거리측정장치를 통해 터널 내부면과의 거리를 측정하고, 상기 측정된 거리를 통해 상기 터널 내부면에 대한 형상정보를 생성하는 단계;
    상기 터널 내부면에 대한 형상정보를 통해 선정된 레일(rail) 상에 위치하는 상기 각 비전센서가 상기 터널 내부면의 각 영역을 지향하도록 상기 비전센서의 위치를 제어하는 단계; 및
    상기 각 비전센서의 지향방향이 상기 터널 내부면의 각 영역과 수선을 형성하도록 상기 비전센서의 지향방향을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캔하여 상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면 각 영역에 대응하는 다수의 이미지를 획득하는 단계는,
    상기 각 비전센서가 지향하는 상기 터널 내부면의 각 영역의 조도를 측정하는 단계;
    상기 측정한 각 영역의 조도차를 산출하고, 상기 산출된 상기 각 영역의 조도차를 통해 상기 각 영역의 조도가 균등하도록 상기 각 영역으로 발광되는 LED 광원의 세기를 제어하는 단계;
    상기 비전센서 시스템이 탑재된 차량이 등속으로 주행하도록 제어하는 단계;
    상기 차량의 등속 주행 중, 상기 터널 내부면과의 거리를 지속적으로 측정하여 상기 터널 내부면과 상기 비전센서 시스템과의 거리가 일정수준을 유지하도록 상기 차량의 조향장치를 제어하는 단계; 및
    상기 각 비전센서를 통해 상기 터널 내부면을 스캐닝하여 상기 터널 내부면의 상기 각 영역에 대응하는 이미지를 획득하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 이미지를 접합하여 상기 터널 내부면에 대응하는 하나의 접합 이미지를 생성하는 단계는,
    상기 각 비전센서를 통해 획득하는 상기 각 이미지에 대응하는 상기 터널 내부면의 각 영역으로 레이저를 조사하는 단계;
    상기 레이저 조사를 통해 상기 각 이미지의 레이저 포인트 및 레이저 라인을 생성하는 단계;
    상기 각 이미지 간의 레이저 포인트 및 레이저 라인의 중첩을 통해 상기 각 이미지의 왜곡을 보정하는 단계; 및
    상기 각 이미지 간의 레이저 포인트 및 레이저 라인의 중첩을 통해 상기 각 이미지를 하나의 접합 이미지로 접합하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 생성한 상기 접합 이미지를 선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터와 비교하여, 상기 접합 이미지로부터 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계는,
    선정된(predetermined) 균열 캘리브레이션 데이터를 유지하는 단계;
    상기 접합 이미지를 8비트의 그레이 스케일(gray-scale) 이미지로 변환하는 단계;
    상기 그레이 스케일 이미지를 통해 사용자로부터 상기 터널 내부면의 균열영역에 대한 선택을 입력받는 단계;
    상기 균열영역의 픽셀 그레이 레벨(pixel gray-level)을 상기 균열 캘리브레이션 데이터의 픽셀 그레이 레벨과 비교하여 상기 균열영역의 폭을 산출하는 단계;
    상기 그레이 스케일 이미지에 대한 상기 균열영역의 좌표를 상기 균열 캘리브레이션 데이터의 해당좌표와 비교하여 상기 균열영역의 길이를 산출하는 단계; 및
    상기 산출한 상기 균열영역의 폭 및 상기 균열영역의 길이를 통해 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 그레이 스케일 이미지를 통해 사용자로부터 상기 터널 내부면의 균열영역에 대한 선택을 입력받는 단계는,
    상기 그레이 스케일 이미지를 선정된 디스플레이 장치를 통해 상기 사용자에게 디스플레이 하는 단계;
    상기 그레이 스케일 이미지의 영역중 상기 균열영역의 모양 및 크기의 드래그를 통해 상기 균열영역의 선택 입력이 가능한 마우스 포인터를 상기 사용자에게 디스플레이 하는 단계; 및
    상기 사용자로부터 상기 마우스 포인터를 통해 상기 균열영역의 선택을 입력받는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 산출한 상기 균열영역의 폭 및 상기 균열영역의 길이를 통해 상기 터널 내부면의 균열에 대한 손상정보를 생성하는 단계는,
    하나 이상의 균열영역 폭 값 각각에 대응하는 색상정보가 기록된 색상정보 테이블을 유지하는 단계; 및
    상기 산출한 상기 균열영역 각각의 폭에 대응하는 색상정보가 상기 그레이 스케일 이미지의 상기 균열영역에 각각 디스플레이 되도록 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 비전센서 시스템의 터널 내부면 손상검사 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
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